Technology-based improvements in final approach flight phase

Resumen

Resumen de la tesis: El aumento del tráfico aéreo ha sido exponencial en las últimas décadas; pasando a ser la aviación comercial una pieza clave en el turismo, el transporte urgente de mercancías, los negocios, etc. Tal y como confirman las estadísticas a nivel mundial, la aviación comercial seguirá en aumento hasta límites que exijan una gestión adecuada al número de vuelos. Esta gestión será clave para mantener la seguridad operacional en niveles óptimos. Este hecho supone que las operaciones aéreas y su gestión deberán evolucionar hacia una implementación de la tecnología que permita su control y gestión conforme a los estándares de seguridad operacional, de tal forma que confirmen la aviación como uno de los medios de transporte más seguros. El uso de una tecnología obsoleta en la gestión de tráfico aéreo podría poner en riesgo la seguridad de las operaciones aéreas y, consecuentemente, su utilización como medio de transporte. La evolución de la tecnología ha sido un factor clave en la universalidad y avance de la aviación, tanto civil como militar. En poco más de 100 años se ha pasado de navegar con una brújula a disponer en la cabina de las aeronaves de sistemas de navegación que permiten el aterrizaje con visibilidad cero. Esta evolución se ha acentuado notablemente en los últimos años con la introducción del GPS y con la revisión de procedimientos de navegación. La introducción de la navegación por satélite añadido a una evolución notable de las características de vuelo de las aeronaves ha supuesto que la navegación pase a estar enfocada en la radio ayuda (VOR, NDB, etc) a estarlo en las propias características o performances de la aeronave. Este hecho se conoce como navegación basada en las características o prestaciones; PBN por sus siglas en inglés (Performance Based Navigation). La introducción de la navegación por satélite también ha supuesto que se implementen aproximaciones más precisas y fiables como lo son: aproximaciones GBAS (Ground based Augmerntation System), aproximación GLS (GBAS Instrumental Landing System), control ATS mediante mensajes trasmitidos por Data Link, etc. Además de las aproximaciones finales, también se han introducido procedimientos de navegación y conceptos de operación más precisos en cuanto a la navegación en zonas terminales y en ruta. El aumento de la precisión y el cambio del concepto de la operación ha supuesto una auténtica revolución a nivel mundial. Esto ha dado lugar a que se implementen espacios aéreos en los que se establecen diversos requisitos de navegación o performance, como es el caso de la navegación de área (RNAV) o la “Required Navigation Performance” (RNP). Diversos espacios aéreos regionales han sido protagonistas en la implementación de los nuevos conceptos de operación o CONOPS, como los son el SESAR y el NextGen. De hecho, en el espacio aéreo NextGen numerosas radio ayudas tradicionales (mayormente VOR) dejarán de emitir señal en 2021. Por este motivo, esta tesis dedica un capítulo entero a revisar el estado del arte de la navegación basada en las características (PBN) y sus derivadas como lo son el GBAS, el D-Link, etc. A pesar de este avance en la tecnología aplicada a la navegación, existen áreas de la seguridad operacional en la que dicha evolución no se ha implantado de una forma lógica. Esta falta de implementación supone que exista riesgo de incidentes y/o accidentes en fases del vuelo tan claves como el despegue o el aterrizaje. Teniendo en cuenta esta premisa, esta investigación está enfocada en las deficiencias de implantación de la tecnología en la fase de aproximación, tomando como ejemplo dos situaciones operacionales concretas: el impacto de pájaro en aproximación final y la aproximación frustrada. Existe numerosa literatura que demuestra que la seguridad aérea, para mitigar el riesgo ante estas ocurrencias, está basada en procedimientos de la era de la navegación basada en la radionavegación (VOR, TACAN) y no en la navegación por satélite. Esto ha dado lugar a que existan fallas o condiciones latentes en el área de la seguridad operacional, las cuales deben ser analizadas mediante los modelos de seguridad operacional. Con el objeto de disminuir los accidentes aéreos, los responsables de la seguridad operacional (ICAO, FSO, etc.) comenzaron a enfocar la seguridad aérea hacia un sistema transversal y de perspectiva, que abarca factores organizativos, técnicos y humanos. Como consecuencia de este tipo de enfoque se desarrollaron teorías de predicción e investigación de accidentes. Algunas de las teorías más relevantes e influyentes fueron: el “Operational Risk Management (ORM)”, el modelo del doctor J. Reason (el “Swiss cheese model”) y el modelo de las 5 MS (man, media, machine, misión y management por sus siglas en inglés). Estas nuevas doctrinas de la seguridad operacional, especialmente las 5 Ms, son la base de esta investigación, siendo el pilar de los capítulos de la tesis en los que se proponen nuevas herramientas y procedimientos para la gestión del riesgo. En este estudio, estos modelos de gestión de la seguridad operacional están enfocados en las fases de vuelo en las que es más posible que se produzca un accidente aéreo: la aproximación final. Desde el comienzo de la aviación, ha habido accidentes relacionados con las aves, especialmente en las fases más críticas del vuelo; el despegue y el aterrizaje. Dado que la proliferación de aves es difícil de controlar en zonas aeroportuarias, existe un paradigma de que el impacto de ave es simplemente una tendencia imparable. Ese paradigma es aún más retroalimentado cuando se consideran políticas ambientales que protegen a las aves, incluso si éstas son un peligro para la seguridad operacional. A pesar de esto, con la aparición e integración de los sistemas de radar aviar, la estimación de las futuras trayectorias de las aves es posible. En otras palabras, se puede conocer la posición de un ave en cualquier momento y predecir su futura posición. Por lo tanto, tal y como se describe en esta investigación, mitigar su incidencia en los accidentes aéreos también es posible. Esto es así ya que la probabilidad y la severidad de un impacto con ave se pueden evaluar e identificar varios minutos antes de que ocurra. Esto supone un claro avance en el campo de la mitigación del riesgo de las operaciones aéreas, que tendrá una gran relevancia en el futuro. La evaluación del peligro de impacto de ave (WHA, por sus siglas en inglés) es un elemento clave en esta investigación. Con la aparición y la integración de los sistemas de radar aviar, el riesgo impacto de ave se puede conocer varios minutos antes de que ocurra. Teniendo esto en cuenta, algunos procedimientos o protocolos de mitigación se han propuesto en esta tesis para mitigar el riesgo de accidente por impacto de ave. La mitigación consiste en el desarrollo de una metodología y su simulación en un entorno realista para la gestión en tiempo real de la evaluación de riesgos. Esta evaluación está basada en datos del radar aviar y los parámetros de vuelo de una aeronave en aproximación final. Así, la citada evaluación de riesgo puede desenlazar acciones o procedimientos, que si son realizados con tiempo suficiente pueden reducir significativamente el riesgo de un impacto de ave en la aproximación final. Considerando lo anterior, se ha desarrollado un modelo de estimación de riesgo que combina las trayectorias del ave y de la aeronave (basado en velocidad, altitud y rumbo), con objeto de determinar futuras aproximaciones o cruces de trayectoria, así como la velocidad, la energía cinética y el ángulo de un posible impacto. Para comprobar si el sistema de mitigación de riesgos es viable, se han estudiado escenarios de simulación para confirmar si las acciones de mitigación podrían implementarse considerando el tiempo de reacción, las características de las aeronaves y la cobertura del radar aviar. El método de evaluación de riesgos propuesto y las medidas de mitigación para reducir la probabilidad de un impacto de ave en las aeronaves son un enfoque sistemático y científico para mejorar la seguridad operacional en los aeropuertos. La presente propuesta presenta la novedad de que la mitigación de riesgos en zonas aeroportuarias se realiza aplicando tecnología existente pero no implementada hasta la fecha, pese a los estudios realizados en algunos aeropuertos. Esta propuesta podría ser clave para un incremento de la seguridad operacional y un ejemplo para futuras investigaciones en el campo de la mitigación del riesgo en la aproximación final. Por ejemplo, si durante la aproximación final un riesgo elevado de impacto con ave se detecta con la suficiente antelación, la aeronave podría realizar una aproximación frustrada para mitigar y/o evitar el riesgo. Por otro lado, los procedimientos actuales de aproximación frustrada consisten en vuelos extensos basados mayormente en radio-ayudas VOR y TACAN. En otras palabras, no están actualizados conforme a la tecnología actual. En la tesis se propone un nuevo procedimiento de aproximación frustrada basado en procedimientos de navegación según procedimientos PBN y la tecnología actual, que puede ser un hito y un ejemplo para el futuro procedimiento de aproximación frustrada. A pesar de la nueva tecnología, los procedimientos de aproximación frustrada no se han rediseñado correctamente ni se han implementado para reinyectar el tráfico en la aproximación final o en los segmentos intermedios. En el caso del aeropuerto de Málaga, una aeronave en aproximación frustrada podría volar más de 40 minutos para intentar de nuevo el aterrizaje. Esa situación es similar en aeropuertos internacionales de primera fila, como Barajas, Atlanta, y Múnich, etc. Por lo tanto, existe una deficiencia en la aproximación frustrada que afectan a áreas de elevado tráfico aéreo: áreas terminales, fases finales de aproximación, etc. En la mayoría de los casos, cuando una aeronave realiza una aproximación frustrada, emplea cerca de 30 minutos para volver a inyectarse en el tráfico estándar. Este hecho supone un problema de seguridad para la tripulación aérea, los controladores aéreos y otras aeronaves. En consecuencia, este hecho representa un riesgo para la gestión del tráfico y la seguridad operacional. Para mitigar lo anteriormente descrito, se ha sido desarrollado un nuevo procedimiento de aproximación frustrada; con el objeto de mitigar el riesgo que supone esta deficiencia, la cual podría derivar en una condición latente. Así pues, en esta tesis se propone un procedimiento para evitar problemas de seguridad y acelerar el tráfico en aproximación frustrada. Este procedimiento está basado en un estudio sistemático, en el que se ha creado un ambiente de simulación de aeronaves con parametrización real, utilizando técnicas de simulación que dotan al escenario de una ambientación real. La metodología se basa en una combinación de simulación, parametrización y uso de la tecnología de navegación actualmente disponible y que utilizan varias flotas en todo el mundo: el GBAS, ADS-B y el enlace de datos controlador-piloto (CPDL). En la simulación se introduce una calculadora automática de aproximación frustrada y un sistema de guía (ARS) para ayudar a la tripulación aérea y a los controladores aéreos a reinsertar la aeronave en la aproximación final cuando hay una aproximación frustrada en curso. Para validar el sistema, se ha creado un escenario con requisitos y procedimientos internacionales de la OACI. La carta de aproximación GBAS de Málaga se ha propuesto como el escenario de estudio, ya que abarca varios criterios importantes: la propia aproximación está basada en el GBAS, tiene una alta densidad de tráfico durante en verano y periodo vacacional, la aproximación frustrada no está diseñada teniendo en cuenta el GBAS y la geografía es en sí un desafío para desviar el tráfico en la aproximación frustrada. En resumen, esta investigación se basa en la aplicación de la doctrina de la seguridad operacional y la tecnología actual en la mitigación del riesgo en dos escenarios concretos: el impacto de pájaro ave en la aproximación final y la aproximación frustrada. Esta implementación supone un aumento significativo de la seguridad operacional en una fase tan crítica como la aproximación final. Además, es un ejemplo para futuras propuestas de mitigación de riesgos e investigaciones en situaciones análogas como lo puedan ser la congestión de tráfico, los abortos de ascenso, etc. http://repositorio.bib.upct.es/dspace/